多角度鋸切帶鋸床回轉機構設計畢業(yè)設計說明書

1、淮海工學院東港學院 本科畢業(yè)設計（論文） （2007 屆） 題目多角度鋸切帶鋸床回轉機構設計 系名 專業(yè)班級機械設計制造及其自動化032班 學 號 5103101211 姓 名 李杰 指導教師文西芹 提交日期2007年6月 淮海工學院 畢業(yè)設計（論文）說明書 題 目：多角度鋸切帶鋸床回轉機構設計 作 者： 李杰 學號： 5103101211 系（院）:東港學院機電系 專業(yè)班級:機械設計制造及其自動化 指導者： 文西芹教授 評閱者： 2007年 6月 連云港 畢業(yè)設計（論文）中文摘要 多角度鋸切帶鋸床回轉機構設計 摘要：金屬帶鋸床是下料機床的換代產(chǎn)品，帶鋸切割具有精度高、噪聲低、成本低等優(yōu) 點，

2、且比其他切割工藝節(jié)材、節(jié)能、節(jié)時、經(jīng)濟效益高，因此被廣泛應用于各種機械加工 的落料工藝。由于我國帶鋸床工藝起步較晚，相關的技術標準、工藝標準、操作技術規(guī)范 等資料較少，致使帶鋸床的技術因素跟不上國際水平。普通帶鋸床主要是以手動方式進行 送料和裝夾，且多以鋸切垂直角度為主，對于特殊角度工件的加工較難且精度不易保持， 故本次畢業(yè)設計任務將某廠 G4025型臥式帶鋸床改造成為可進行多角度鋸切工件，自動送 料、自動定位、夾緊等功能。 關鍵詞：帶鋸床 機械加工 多角度 畢業(yè)設計（論文）外文摘要 The Design Of Rotating Mechanism For Multiple Angle Ban

3、d Saw Abstract: The metals band saw is rege nerati on product of the cutt ing lathe, the band saw have some adva ntages of the high accuracy, low no ise and low cost etc. And it can sav ing on material , econo mis ing on en ergy , savi ng time , and the econo mic ben efits are higher tha n other cut

4、t ing proces. So it is exte n-sively applied to every kind of mach ine process ing craft .Because the craft of the band saw of our country started later , there is less material of related tech nique criterion ,technicsstandard, operation technique criterion etc. And the band saw can not keep up wit

5、h the intern ati on al level.The com mon band saw sends and clips the work piece in the way of hand ,the cutting modeadopt verticalcutting ,because cutting work piece with special angle is very difficulty and the cutting accuracy is not reached. So this mission of the graduate design rebuild the hor

6、izontal band saw of G4028type of somefactory in to the multiple an gle band saw with the fun cti ons of automatically sending the work piece ,automatically positioning clipping and tighting etc. Keywords: Band saw Machining Multiple angle 目 錄 1 引言 1 2 緒論 2 2.1 金屬帶鋸床的國內(nèi)外研究與應用概況 2 3 設計基礎條件和原始條件 4 3.1

7、工作環(huán)境 4 3.2 用途 4 3.3 設計參數(shù) 4 3.4 主要結構及工作原理 4 4 帶鋸床回轉機構設計 7 4.1 總體方案制定過程 7 5 回轉機構主要零件設計 10 5.1 提升液壓缸的設計 10 5.2 回轉軸設計 15 6 回轉機構液壓系統(tǒng)設計 18 6.1 設計要求 18 6.2 總體規(guī)劃，確定液壓執(zhí)行元件 18 6.3 分析負載特性選擇基本回路 18 6.4 明確載荷繪制系統(tǒng)工況圖 20 6.5 確定液壓系統(tǒng)工作壓力 21 6.6 確定液壓執(zhí)行元件的控制和調(diào)速方案 21 6.7 草擬回轉機構液壓系統(tǒng)原理圖 21 6.8 計算執(zhí)行元件主要參數(shù) 21 6.9 計算泵的流量，選擇液

8、壓泵 21 6.10 計算液壓泵的驅(qū)動功率，選取電動機 22 6.12選擇、計算液壓輔助元件 22 7控制部分設計 23 7.1 主回路設計 23 7.2 液壓回路控制設計 23 結論 25 致謝 26 參考文獻 27 附錄A帶鋸切割工藝 28 29 附錄B帶鋸條使用要素 1引言 本課題源于對實際生產(chǎn)中的一種臥式金屬帶鋸床的改造項目。以此為背景研究了臥式 金屬帶鋸床的結構、工作原理、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，在此過程中設計了臥式帶鋸床的回 轉機構，并對其液壓系統(tǒng)，控制系統(tǒng)進行了進一步的研究。 傳統(tǒng)意義上的金屬鋸切常被認為是簡單的切斷下料工序。普通帶鋸床主要是以手動方 式進行送料和夾緊，且多以鋸切垂直

9、角度為主。對于斜口鋸切重型長工件，由于定位時工 件擺幅過大，占用空間面積較大，且定位和夾緊有一定的難度，精度不易保證，故隨著現(xiàn) 代制造工業(yè)朝著高效、高精度和經(jīng)濟性的方向發(fā)展，鋸切作為金切加工的起點，已成為零件 加工過程中重要的組成環(huán)節(jié)。鋸切可以節(jié)約材料、減少二次加工量和提高生產(chǎn)效率T因此 鋸床主要向可進行多角度鋸切，自動送料，自動定位夾緊，自動記件和排屑的全自動或半 自動的方向發(fā)展，使其廣泛地應用于鋼鐵、機械、汽車、造船、石油、礦山和航空航天等 國民經(jīng)濟各個領域。 2緒論 隨著我國制造自動化水平的提高和生產(chǎn)管理自動化的發(fā)展，需要加工設備具有良好的 操作性能，能夠?qū)崿F(xiàn)半自動化或自動化加工，為機械

10、行業(yè)和制造業(yè)注入新的活力。金屬帶 鋸床作為軸類零件、模具等制造的第一道工序，其加工精度和自動化程度直接關系到后續(xù) 工序的效率和質(zhì)量，因此臥式帶鋸床的改造設計具有現(xiàn)實意義。 2.1金屬帶鋸床的國內(nèi)外研究與應用概況 2.1.1金屬帶鋸床的發(fā)展歷史 鋸床主要有三種形式：弓鋸床、圓盤鋸床及帶鋸床，其中帶鋸床正逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)弓鋸 床和圓盤鋸床而開始占據(jù)主導地位。雖然帶鋸床開發(fā)、普及的歷史較短，但技術進步顯著。 上世紀60年代切斷150mm的45號鋼需要15-20min，如今只需要1.5-2min, 30多年間效率提 高了 10倍。在材料的利用率方面，帶鋸床也具有明顯優(yōu)勢，如切斷100 mm的45號鋼鋸口處

11、， 帶鋸床與弓型鋸相比可節(jié)約原材料56%與圓盤鋸床相比節(jié)約原材料高達87.5%。由此可見， 帶鋸床具有切割速度快、尺寸精度高、材料損失小等特點。除此之外，金屬帶鋸床適應性 廣、動力消耗低、操作簡便、易于維護并可進行多角度切割，因而獲得了越來越廣泛的應 用。 在歐美等發(fā)達國家，弓鋸床已經(jīng)基本被淘汰，而帶鋸床迅速普及，這一趨勢在德國尤 為明顯。以世界頭號鋸床生產(chǎn)廠家德國貝靈格（BEHRINGER公司為例，其生產(chǎn)帶鋸床的 歷史以有20余年，至今開發(fā)近百個型號，達到了很高的技術水平。 2.1.2我國金屬帶鋸床的發(fā)展概況 隨著近年來我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，帶鋸床逐漸開始普及，目前已有生產(chǎn)廠家通過 技術創(chuàng)

12、新，研制開發(fā)了半自動或自動鋸床。目前我國的鋸床制造水平有了很大程度的提高， 提高途徑主要有：鋸床生產(chǎn)商利用新技術實現(xiàn)鋸床的自動化；科研機構對鋸床做一定深度 的理論研究；用戶積極和科研院所合作，對已有的普通鋸床進行數(shù)控化改造。雖然我國制 造水平有很大程度的提高，但眾多的國內(nèi)鋸床生產(chǎn)廠家，總體以中低檔次產(chǎn)品居多，存在 加工范圍較窄，材料浪費嚴重，設備返修率高等問題。如包頭某鋼鐵公司購置一臺大型鋸 床，投入不久就發(fā)生多其故障。由于設備生產(chǎn)商的檢修費用較高，用戶又缺少必要的技術 手段與資料，導致設備一直不能正常工作。但同樣一臺先進的德國鋸床使用達十幾年卻很 少出現(xiàn)故障，所以鋸床的返修率高的問題已經(jīng)成為

13、制約許多國內(nèi)鋸床企業(yè)發(fā)展的一個重要 因素。另一個制約因素是對于有色金屬及特硬難加工材料的鋸切往往依賴于進口國外先進 鋸床，所以我國鋸床產(chǎn)業(yè)急需提高制造檔次，向著生產(chǎn)中、高檔次鋸床產(chǎn)品的方向發(fā)展。 2.1.3金屬帶鋸床的發(fā)展趨勢 帶鋸床的發(fā)展趨勢首先是加工精度進一步提高，采用先進的變頻電動機驅(qū)動、精密的 滾珠絲杠傳動和激光定位方式，配以伺服控制的液壓系統(tǒng)，由計算機自動在線監(jiān)控鋸切全 過程,鋸條速度、進給速度、卡緊力均可做到任意設置、最優(yōu)化組合，由此提高鋸床的加工 精度。此外,金屬鋸切的關鍵技術點即高精度的切割力控制一直是鋸床技術研究的重點，德 國貝靈格鋸床就很好地解決了這一問題。該鋸床可實現(xiàn)恒定

14、鋸切力控制，保證了鋸切不規(guī) 則截面型材的切削率（切割面積/分鐘）恒定。該鋸床的加工精度也較高，如切割厚材時，每 100mm 切割高度的誤差僅為0.1 mm。 其次是鋸床加工高效化、范圍擴大化。提高鋸切效率，尤其是提高厚材及硬金屬鋸切 效率,避免鋸切成為整條生產(chǎn)線的瓶頸，一直是鋸切及鋸床技術領域多年關注的焦點。德國 貝靈格鋸床鋸切1Cr18Ni12不銹鋼切削率達48 cm2/min ,鋸切Y40Mri岡切削率達 125cm2/min。該公司還設計了安裝兩個鋸切系統(tǒng)的鋸床，可同時對工件進行兩次鋸切，從而 大大提高生產(chǎn)效率，改善了鋸切加工的經(jīng)濟性。鋸切范圍擴大化已是趨勢，如目前我國最大 的帶鋸床G4

15、2200型鋸床可切割直徑為2m的管料和空心料。德國貝靈格巨型臥式帶鋸床可 鋸切達2.5m 2.0m的實心方材,巨型立式帶鋸床可鋸切長達10m的板材及棒材。 再次是鋸床全數(shù)控化、網(wǎng)絡化大型工件的切割過程往往持續(xù)數(shù)小時，為保證一人多機 的生產(chǎn)條件、提高鋸切加工的精度和效率，鋸切過程的全數(shù)控化勢在必行。網(wǎng)絡化生產(chǎn)、 遠程診斷及維護是當今數(shù)控機床的發(fā)展趨勢，數(shù)控鋸床也不例外。網(wǎng)絡化生產(chǎn)可以使鋸切 過程與CIMS的其余環(huán)節(jié)相聯(lián)系，提高生產(chǎn)率，便于企業(yè)對各環(huán)節(jié)實現(xiàn)高效的統(tǒng)一管理。遠 程診斷和維護更是經(jīng)濟全球化的結果，可以提供跨國跨區(qū)域極為迅捷的設備維護。如德國 貝靈格數(shù)控鋸床加工時可與其技術中心聯(lián)機，由技

16、術專家對鋸床進行遠程維護。 隨著金屬鋸切在金切加工中地位的日益提高，金切鋸床越來越受到人們關注，尤其是 近年我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，對中、高檔鋸床的需求已明顯增加，鋸床的研究、制造及應用必 會迎來一個全面發(fā)展的時期。 2.1.4本文的設計任務 普通帶鋸床主要是以手動方式進行送料和裝夾，且多以鋸切垂直角度為主。對于斜口 鋸切重型長工件，由于定位時工件擺幅過大，占用空間面積較大，且定位和夾緊存在一定 難度，精度更不易保持，故現(xiàn)代帶鋸床主要向可進行多角度鋸切，自動送料，自動定位裝 夾，自動記件和排屑的全或半自動的方向發(fā)展。 本次畢業(yè)課題根據(jù)某廠在用G4025型臥式帶鋸床的加工實際，發(fā)現(xiàn)其加工送料都以手

17、工操作，定位難、加工不方便，對于重型長工件的定位難度更大，特殊角度工件的鋸切需 先在工作臺上焊接定位元件，這樣加工出的工件誤差大；鋸切角度的改變、定位元件的焊 接位置也要改變。 針對以上G4025型臥式帶鋸床的諸多缺點，欲對其進行改型設計。將其改型為具有真 正意義上的多功能加工能力，可進行任意形式的垂直或斜口鋸切工件，自動送料裝夾，且 達到送料精度誤差小，具有超載保護和自動排屑能力。從而降低勞動成本，提高加工精度。 3設計基礎條件和原始條件 3.1 工作環(huán)境 安裝地點的海拔高度不應超過 2000 m。 周圍介質(zhì)溫度為-25。到+40。 3.2用途 主要用于鋸切各類金屬材料和非金屬材料，可滿足用

18、戶對250 mm尺寸以下的各種材 料鋸斷加工，最大的設計用途是可進行多角度鋸切工件，自動送料、自動定位、夾緊等功 能，是機械工業(yè)不可缺少的下料設備。 3.3設計參數(shù) 最大鋸削直徑（mm）250 帶鋸條規(guī)格（長* 寬*厚 mm）3420*27*093420*19*0.9 鋸輪中心距（mm）1110 鋸輪直徑（mm）390 工作臺面高度（mm）700 帶鋸條線速度（m/ min ）30,45,60,75 進給速度無級進給 主電機功率（kw）1.5 液壓電機功率（kw）0.25 冷卻泵電機功率（kw）0.04 液壓油箱容量（L）18 冷卻水箱容量（L）24 機床外形尺寸（長*寬*高 mm） 1866

19、*755*1235 機床凈重（kg ）560 工作臺承載能力（kg ）500 3.4主要結構及工作原理 鋸床主要由機座、鋸架、虎鉗、主傳動系統(tǒng)、液壓傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等構成。鋸架 上裝有主、被動鋸輪、帶鋸條漲緊機構，帶鋸條導向裝置，主傳動蝸輪箱及無級變速機構, 機座內(nèi)部裝有液壓傳動系統(tǒng)及油箱、冷卻水箱。電氣元件、按鈕及操作元件裝在鋸架上方 的電器控制盒面板上，集中控制，方便操作。 （1）主傳動系統(tǒng) 主傳動系統(tǒng)是指帶鋸條鋸切運動，由主電動機經(jīng)無級變速器傳至蝸輪蝸桿，再經(jīng)主被 動鋸輪帶動帶鋸條運動（如圖1-1所示） 傳動路線：主電動機f無級變速器f蝸輪f主動帶輪 （2）液壓傳動系統(tǒng) 鋸床液壓系統(tǒng)裝

20、在床身內(nèi)部，油缸連接在床身上。（如圖1-2所示） 圖1-2 液壓傳動原理 當轉閥（8）,在快升位置時，電機（2）工作，壓力油經(jīng)濾油器（1）,齒輪泵（3）進 入進給油缸（7）,鋸架快速上升，當轉閥（8）在快降位置時，進給油缸（7）下腔壓力油 在鋸架自重和彈簧的拉力下，經(jīng)濾油器（6）、轉閥（8）回油箱，鋸架快速下降，當轉閥 在工進位置時，進給油缸（7）下腔壓力油經(jīng)濾油器（6）、轉閥（8），至調(diào)速閥（9）回油 箱，鋸架實現(xiàn)工進動作。調(diào)節(jié)調(diào)速閥（9）手柄可實現(xiàn)鋸架工進速度的快慢。溢流閥（4） 用來調(diào)節(jié)油泵（3）壓力。 （3）冷卻系統(tǒng) 鋸床冷卻系統(tǒng)由電動水泵供至左、右兩個夾持鋸條的導向塊和清掃鐵屑用的鋼

21、絲刷 輪，當鋸床處于鋸削工作狀態(tài)時，冷卻液應是連續(xù)不斷地噴射到上述位置，且流量充分。 冷卻液的配制比例，應根據(jù)鋸削不同的材料來決定，當鋸削普通碳鋼材料時，按1: 10左 右的油水比例即可，鋸削高速鋼，合金鋼等較應硬材料時，應適當降低油水比例（一般為 1: 5）。 （4）電氣系統(tǒng) 電氣動作說明如下 鋸床主電路電源為三相交流 380V,控制部分為220V電源，鋸床共有三臺電機，鋸切 主電機M!，冷卻泵電機 M2，油泵電機 M3，由于油泵電機為短時間工作，故為加過載保 護，另兩臺均有熱過載保護。 鋸床操作面板共設兩個按鈕，總停 SB，KM,得電，使M,、M2工作扳動手柄，使鋸 架下降到離工件有30

22、mm位置時，手柄扳到工進位置，鋸切開始，待鋸切到底，手柄扳到 上升位置，壓下微動開關SQ，KM 31得電，油泵電機工作，鋸架上升，至離開工件高度后, 手柄拌回，上升停止，按下SB,，主電機停。（如圖1-3所示） 電源主電動機冷卻電機泵油電機 指示燈 油泵啟動主電機啟動 r 圖1-3電氣原理圖 4帶鋸床回轉機構設計 機床設計的基本要求有兩條：一是好用；二是經(jīng)濟。因此設計應緊緊圍繞技術經(jīng)濟效 果的分析進行。在現(xiàn)代工業(yè)技術高度發(fā)展的情況下，同一技術問題可以有許多可行的方案 這就要分析不同方案的技術經(jīng)濟效果，從而擇優(yōu)選用技術先進經(jīng)濟效益最佳的可行方案。 同時也要考慮各部件的標準化；剛度穩(wěn)定性好；結構簡

23、單，盡量選用短的傳鏈，以提高傳 動精度和傳動效率；便于加工和裝配；便于操作，調(diào)整及維護。 4.1總體方案制定過程 方案的指定必須滿足性能要求，經(jīng)濟效益，充分考慮人機關系。 切割工件并達到高精度半自動化加工之要求。在保證實 現(xiàn)帶鋸床性能要求的同時，還必須使帶鋸床具有良好的經(jīng)濟效益，最終反映在降低機床成 本、加工效益和使用可靠性上。 方案一： 將鋸架和液壓缸放置于同一回轉體上，在機床尾架處利用手柄通過齒輪帶動回轉機構 進行回轉。優(yōu)點：結構簡單，操作方便，易加工及裝拆，直接通過設置在尾架處的分度盤 進行分度操作；缺點：單件生產(chǎn)，加工精度低，生產(chǎn)率不高。 萬案二： 鋸架和鋸架底座作成一體進行回轉，回轉

24、機構利用擺動液壓馬達1通過回轉軸5使回 轉底座4在回轉支撐3上進行回轉，并設置分度盤進行分度。如圖 4-1所示。優(yōu)點：操作 方便，可實現(xiàn)半自動化加工；缺點：體積重量較大結構復雜不易裝載及安裝。 圖4-1方案二 1 擺動液壓馬達2床身 3 回轉支撐 4回轉底座 5 回轉 利用液壓缸1帶動連桿8將分度回轉底座3抬起，液壓缸5下降將定位銷4松開，由 擺動液壓缸7通過回轉軸6帶動底座回轉，轉過一定角度后底座落下，定位銷定位，并由 液壓缸1工作夾緊。優(yōu)點：加工精度高，加工過程中不易產(chǎn)生移動；缺點：回轉的角度固 定，結構復雜，不易安裝。 方案四： 將鋸架和鋸架底座作為一個回轉體由回轉軸支撐并回轉，如圖4-

25、3所示。提升液壓缸 1將擺動液壓缸2,回轉軸3及底座5 一同頂起，當鋸架離開支撐平臺一定距離后，提升 液壓缸處于保壓狀態(tài)，擺動液壓缸開始動作，使回轉軸帶動鋸架轉動，通過角度傳感器來 控制其回轉的角度，轉到所需要角度后，停止動作處于保壓狀態(tài)，將回轉體鎖死。此時升 起油缸開始卸油，鋸架落回支撐平臺，整個回轉過程為：升起一回轉一落回一鎖緊四個步 驟。其結構簡單，能夠?qū)崿F(xiàn)半自動或自動加工。 里 I 1 J 通過對以上方案的綜合性分析，本次設計即采用方案四，因其優(yōu)于前三種設計方案， 結構簡單，操作方便，達到了設計的經(jīng)濟性和人機關系，實現(xiàn)了帶鋸床的半自化加工，是 機床工業(yè)發(fā)展的主流方向。 5回轉機構主要零

26、件設計 5.1提升液壓缸的設計 5.1.1缸筒的設計 (1) 結構及材料選擇 由于本設計缸筒較厚，故缸筒材料選擇鑄件ZG270-500L (2) 對缸筒的要求 1) 有足夠的強度，能承受較高工作壓力及短期動態(tài)試驗壓力而不致產(chǎn)生永久變形 2) 有足夠的剛度，能承受活塞側向力和安裝的反作用力而不致產(chǎn)生彎曲； 3）內(nèi)表面與活塞密封件及導向環(huán)的摩擦里作用下，能長期工作而磨損少，尺寸公差 等級和形位公差等級足以保證活塞密封件的密封性； 總之，設計液壓缸筒時，應該正確確定各部分的尺寸，保證液壓缸有足夠的輸出力， 運動速度和有效行程，同時還必須具有一定的強度，能足以承受液壓力，負載力和意外的 沖擊力；缸筒的

27、內(nèi)表面應具有合適的配合公差等級，表面粗糙度和形位公差等級，以保證 液壓缸的密封性，運動平穩(wěn)性和耐用性。 （3）缸筒計算 1）缸筒內(nèi)徑D 帶入數(shù)據(jù)得: D = 二 1 10 =0.109m 2 一（.3） 2 L 丨 0.4py L： I - 1.3Py 4 x 3330 帶入數(shù)據(jù)得: -1 = 0.078m 110 101 5 0.93 1 ：1 1 - 圓整后D=110mm 式中： D液壓缸內(nèi)徑（m） F-工作循環(huán)中最大外負載（N） p1 -液壓缸工作壓力（MPa）根據(jù)液壓設計簡明手冊表 2-1查得 P2一液壓缸回油腔背壓力（MPa）根據(jù)液壓設計簡明手冊表2-2查得 d/D-活塞桿直徑與液壓

28、缸內(nèi)徑之比根據(jù)液壓設計簡明手冊表 2-3查得 2）缸筒壁厚和外徑D2的確定 0.4 1.3 106 :110 106 -1.3 1.3 106 圓整后：=8 mm 式中：S - 液壓缸壁厚（m） D液壓缸內(nèi)徑（m） S - 缸筒材料許用應力。由于缸筒材料選用無縫鋼管S = 100110 MPa Py -實驗壓力，一般取最大工作壓力的（1.25 1.5 ）倍（MPa） 3）缸筒制造加工要求（如圖 5-1所示） 圖5-1 缸筒加工要求 缸筒內(nèi)徑D采用H7級配合，表面粗糙度 Ra值為0.16 Jm，需進行研磨。 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度HB_241285。 缸筒內(nèi)徑D的圓度、錐度、圓柱度不大于內(nèi)徑公差之半

29、。 缸筒直線度公差在500 mm長度上不大于0.03 mm。 缸筒端面T對內(nèi)徑的垂直度在直徑100mm上不大于0.04 mm。 軸徑d的軸線對缸徑D的垂直度為0.005 mm ,軸徑d對缸徑D的垂直度在100 mm 長度上不大于0.1 mm。 此外，通往油口、排氣閥孔內(nèi)孔必須倒角，不允許有飛邊、毛刺，以免劃傷密封件。 為便于裝配和不損害密封件，缸筒內(nèi)孔倒15度角。為預防腐蝕聲生銹和提高使用壽命， 在缸筒內(nèi)表面鍍鉻，再進行拋光，在缸筒外表面涂耐油油漆。 5.1.2提升液壓缸活塞的設計 （1）活塞的結構采用整體活塞，格來圈密封，如圖5-2所示： 1. 益 1 - - 11 圖5-2活塞桿結構 1，

30、3 -導向環(huán) 2 -格來圈密封 （2）活塞與活塞桿的連接采用螺母型，如圖5-3所示: 7/ 3- n 圖5-3活塞與活塞桿連接 1-活塞桿2-活塞3螺母 (3) 活塞材料 活塞故采用優(yōu)質(zhì)碳素鋼45號。 (4) 活塞尺寸及加工公差 活塞厚度一般為活塞外徑的0.40.8倍，故0.5 X 110=55mm ,活塞外徑配合采用f9 5.1.3提升液壓缸活塞桿的設計 (1)結構 桿體為實心桿，桿內(nèi)端面采用螺紋連接如圖5-3所示。 活塞桿螺紋尺寸： 螺紋直徑與螺距D X t =M26X 2 螺紋長度L=35 mm。 (1) 活塞桿的材料和技術要求 材料選S45,采用調(diào)質(zhì)處理，表面鍍鉻30 m，并進行拋光。

31、采用H8配合，其圓度和 圓柱度公差不大于直徑公差一半，取0.001 mm。為了保證活塞桿外圓與活塞外圓的同軸 度，以避免活塞與缸體活塞桿與導向套的卡滯現(xiàn)象，安裝活塞的軸頸與外圓的同軸度公差 不大于0.01 mm。為了保證活塞安裝不產(chǎn)生歪斜，安裝活塞的軸肩端面與活塞桿軸線的垂 直度公差不大于0.04 mm，表面粗糙度為 島=0.3m。 (2) 活塞桿直徑的計算 根據(jù)液壓設計簡明手冊表 2-3查得d/D=0.5 D=110mm 故 d=55mm 5.1.4活塞桿的倒向套和密封的設計 (1) 結構 導向套采用軸套式，格來圈密封，螺紋固定，加導向環(huán)。優(yōu)點是裝拆方便，拆卸時不 用拆端蓋。導向套一般安裝在

32、密封圈與缸筒油腔之間，以利缸內(nèi)的壓力油對導向套進行潤 滑。為使密封圈的唇邊脹開，在導向套上可開軸向通溝。 (2) 導向套材料的確定 材料選用青銅。 (3) 受力分析 因本設計液壓缸為垂直安裝，無負載導向裝置，受偏心軸向負載力P1,如圖5-4所示: 則 M=RL= 3 104 0.15 = 4.5 103Nm Pd = K1 Mo Lg K1d Mo 4.5 103- 0? 3.1 104N 導向套的導向環(huán)受到的支撐壓力為 Pd = Pd db 10 圖5-5液壓缸結構 如圖所示結構：b=2/3d=1.5 X 110=73mm 帯烽10“ = 3.8 10MPa 支撐壓應力在導向材料8 MPa范

33、圍內(nèi)。 (4)最小導向長度 導向長度過短，將使缸因配合間隙引起的初始撓度增大，影響液壓缸工作性能和穩(wěn) 定性，因此，設計必須保證有一定的最小導向長度， 一般缸的最小導向長度應滿足 20 D.- 0.08 . 0.11 20 2 二 0.059m 取 H= 0.060 m 導向套滑動面的長度A 因缸徑大于 80 mm，所以取 A= (0.6 1.0 ) =0.5 X 0.11=0.055 m 活塞寬度 B= (0.6 1.0 ) =0.5 X 0.11=0.055 m。 式中R作用于活塞桿上的偏心載荷，N; Pd 導向套承受的載荷，N ; M。外力作用于活塞上的力矩，Nm ; L載荷作用的偏心距，

34、m ； Lg活塞至導向套間距，m；當活塞向上推，行程末端為最不利位置時，取 LG=D+d/2; D d分別為活塞及活塞桿外徑，m； 安全系數(shù)，通常取12; b導向套的導向環(huán)寬度如圖所示，m； Pd 支撐壓應力，MPa ； H最小導向長度，m ； S最大工作行程，m ； B活塞寬度，m ； (5)加工要求 倒向套外圓與端蓋內(nèi)孔的配合多為H8,內(nèi)孔與活塞桿外圓的配合為 H9/f9。外圓與 內(nèi)孔的同軸度公差為0.01 mm，圓度和圓柱度公差不大于直徑公差之半，內(nèi)孔中的環(huán)行油 槽和直油槽要淺而寬，以保證良好的潤滑。 5.1.5排氣閥的設計 如果排氣閥設置不當或者沒有設置，壓力油進入液壓缸后，缸內(nèi)仍會存

35、有空氣。由 于空氣具有壓縮性和滯后擴張性，會造成液壓缸和整個液壓系統(tǒng)在工作中的顫振和爬行， 影響液壓缸的正常工作。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生除了防止空氣進入液壓系統(tǒng)外，必須在 液壓缸上安設排氣閥。因為液壓缸是液壓系統(tǒng)的最后執(zhí)行元件，會直接反映出殘留空氣的 危害。排氣閥的位置要合理，本設計方案液壓缸垂直安裝，應將排氣閥設在端蓋上方，與 壓力腔相通，以便安裝后調(diào)試前排除液壓缸內(nèi)之空氣。由于空氣比油輕，總是向上浮動， 不會讓空氣有積存的死角。 圖5-7 油口 因本設計液壓缸為短行程液壓缸，且活塞桿的上升和下降是通過行程接觸開關和托盤 進行控制其行程的，所以不需設置中隔環(huán)和緩沖裝置。 5.2回轉軸的設計

36、5.2.1軸的材料選擇 軸的材料選擇45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。由機械設計表15-1查得二b =640 N / mm2 s =355 N/mm2,匚 _=275 mm2。 5.2.2初步確定軸的端直徑 按扭轉強度條件計算即按軸所受的扭矩來計算軸的強度，這里用這種方法初步估算軸 徑。軸的扭轉強度條件為 P T WT 9550000 Mt n 0.2d3 式中 t 扭轉切應力，單位 Mpa t軸所受的扭矩，單位 Nm w軸的抗扭截面系數(shù)，單位mm n軸的轉速，單位r/min ； P軸傳遞的功率，單位 kW d計算截面處軸的直徑，單位 mm 許用扭轉切應力，單位 Mpa 由上式可得軸的直徑d _3 9550

37、000P二A V 0.2冇n 查表取A=120 =77.2mm 圓整后取d=80mm。 5.2.3軸的結構設計 1. 軸的結構設計原則為： 1）為節(jié)省材料，減輕重量，應采用等強度外形或大的截面系數(shù)的剖面形狀； 2）便于軸上的零件的定位、固定、裝配、拆卸和調(diào)整； 3）采用各種減小應力集中和提高疲勞強度的結構； 4）便于加工制造和保證精度。 2. 提高軸疲勞強度 軸的破壞多數(shù)是屬于疲勞破壞。為提高軸的疲勞強度，在軸的結構設計中應力求降低 集中應力和提高軸的表面質(zhì)量。為了降低軸上集中應力應在階梯處進行圓角，在鍵槽底部 進行圓角；提高軸的表面質(zhì)量應改善表面粗糙度， 進行熱處理或表面強化處理等。 5.2

38、.4 1. 軸的結構校核 軸的強度校核 1) 壓桿穩(wěn)定校核 i= 護2 魯 d 二書 80= 20 昇二寄=29.4 56 筆9H58.9 I a-os30400-29500o hoc 2 - b1128.035 故臨界應力cr = a - =30400-112 X 27.3 =273.4N/ mm 2 Per =7Ca =27 34 -4. 1002 =2144.1kN n = PZP； = 1q84430 = 2.03nw = 1.9 查表 nw -1.8 2.5 2) 扭矩校核 T=4.5X103Nm T16 106圖P8扭矩圖 45 103 1004 10 二2 查表知！丄=140Mp

39、a -門 綜上所述，軸能滿足設計要求。 6回轉機構液壓系統(tǒng)設計 6.1設計要求 1. 主機用途及規(guī)格 本機構用于使回轉體升起，脫離支撐平臺，最大行程S=80mm. 2. 要求主機完成的工藝過程 鋸切特殊角度工件時，利用液壓缸推動支撐軸上升50mm，使鋸架和托盤脫離支撐平 臺，鋸架回轉到要求角度后液壓缸將回轉機構落回支撐平臺，實現(xiàn)角度回轉。 3. 系統(tǒng)設計技術參數(shù) 參數(shù)名稱 代號 數(shù)值 參數(shù)名稱 代號 數(shù)值 最大頂出力，KN FD 23 頂出行程，mm S 50 油缸內(nèi)取大壓強，MPa P2max 8.5 行程速度，m/s V1 0.015 最大保壓壓力，MPa PBmax 5.5 4.系統(tǒng)設計

40、的其他要求 （1）系統(tǒng)要能實現(xiàn)點動、半自動、全自動操作； （2）為確保安全，液壓缸處于完全保壓后，回轉機構才可動作 6.2總體規(guī)劃，確定液壓執(zhí)行元件 機構名稱：頂出機構 米取方案：單出桿活塞缸，如圖 6-1所示 優(yōu)點：可靠自重或外力回程，能夠自單出桿活塞載； 缺點：結構稍為復雜。 6.3分析負載特性選擇基本回路 6.3.1提升回路的設計 （1）負載分析 提升油缸的動作包括抬升、停止（穩(wěn)定在某一位置回轉）、下降、總停等過程。 （2）基本回路的選擇 1）回路的選取 根據(jù)負載特性的分析可以看出，液壓缸的動作過程較多，是雙向不對稱的直線運動, 因此需要換向回路。如圖6-2所示： 圖6-2 換向回路 1

41、 換向閥2 提升液壓缸 2）平衡回路的選取 提升油缸的活塞桿直徑較大（它要支撐帶鋸床整個鋸架及底座），考慮到活塞桿不工 圖6-4 I 作時，可能會因由于其自重而使此液壓缸自行下落，所以應采用平衡回路。如圖6-3所示 3）調(diào)壓和卸荷回路的選取 調(diào)壓回路的功用是使液壓系統(tǒng)的整體或部分的壓力保持恒定或不超過某個數(shù)值。在一 定量供油泵系統(tǒng)中可通過溢流閥來調(diào)節(jié)。卸荷回路是在液壓泵不停止轉動時，使其輸出的 流量在壓力很低的情況下，流回油箱，以減少功率的損耗，降低系統(tǒng)發(fā)熱，延長泵荷電機 的壽命。從本課題所研究的系統(tǒng)出發(fā)，可選用單向閥卸荷回路。如圖6-4所示。 4）調(diào)速回路的選取 考慮到提升液壓缸的負載（帶鋸

42、床鋸架和底盤）重量大，運動速度應得到有效控制， 故應采用回油節(jié)流調(diào)速回路來控制回轉體的上升、下降過程，由于在液壓缸回油腔形成一 定的背壓，在負值負載的作用下阻止工作部前沖，同時回路存在背壓，可有效的防止空氣 從回油路吸入，因而低速運行時不易爬行，即運動平穩(wěn)性好。 6.3.2回轉回路設計 （1）負載分析 提升油缸的動作包括順時針回轉、逆時針回轉、停止、總停等過程。 （2）基本回路的選擇 1）回路的選取 根據(jù)負載特性的分析可以看出，擺動液壓缸的動作過程較多，是雙向回轉運動，因此 需要換向回路。由于鎖緊精度只受液壓缸的泄漏和油液壓縮性的影象。為了保證鎖緊迅速、 圖6-5三位四通電磁換向閥 準確，換向

43、位采用H型中位機能。如圖6-5所示。 2）鎖緊回路的選取 鎖緊回路的功能是通過切斷執(zhí)行元件的進油和出油通道來使它停在任意位置，并防止 停止運動后因外界因數(shù)而發(fā)生竄動。最常用的方法是采用液控單向閥作鎖緊元件如圖6-6 所示，在擺動液壓缸兩側油路上串接一液控單向閥，液壓缸可以在行程的任意位置長期鎖 緊，不會因外界原因而竄動。 6.4明確載荷，繪制系統(tǒng)工況圖 1. 明確工藝循環(huán)作用各執(zhí)行元件的載荷 頂出載荷F （ kn）F1=FD=23， FD 最大頂出力 回程載荷F2（ kn）F2=18 液壓泵最大工作扭矩（Nm）.max =2200 2. 按設計要求和工藝過程繪制的工藝循環(huán)動作線圖如圖6-6所示

44、 口S 最大行程 載荷圖如圖6-7所示： 圖6-6工藝循環(huán)動作線圖 r 保壓力 一 F Fi 圖6-7載荷圖 6.5確定液壓系統(tǒng)工作壓力 據(jù)統(tǒng)計質(zhì)料，系統(tǒng)工作壓力范圍在 8.5 MPa內(nèi)，其中7.5 MPa占23% 6 MPa占40% 6.3 MPa占57%故本機液壓系統(tǒng)的工作壓力采用 6.3 MPa 6.6草擬回轉機構液壓系統(tǒng)原理圖 6.7計算執(zhí)行元件主要參數(shù) 此部分中提升液壓缸設計已在第五章詳細說明。由于本機液壓系統(tǒng)工作壓力為6.3 MPa根據(jù)新編液壓工程手冊表 25.6-1選取擺動液壓缸，型號為：YM0.28-157。 6.8計算泵的流量，選擇液壓泵 Qp -VmaxA Qy Qp K0

45、.9 漢兀漢（0.194/2 丫 +0.5 漢 10* =28.76 匯 lOm/s 式中 Qp 液壓泵的流量，m3/s ； Vmax液壓缸的調(diào)節(jié)速度，m/S ； Qy -溢流閥最小溢流流量，m3/ s ; Qy=0.5 X 10 。 查表19-5-10選液壓泵CB-E1.5.0。 6.9選擇液壓控制元件 由液壓缸及泵的設計計算,選取溢流閥BUCG-06-HV-30,選取泵處過濾器為 ZU-H63X10S，選取液壓缸處過濾器為 ZU-H10 x10S單向閥選取I-25 。 6.10計算液壓泵的驅(qū)動功率，選取電動機 申N P QN P=p 103 驅(qū)動功率 0.4 6.3 106 0.033 3

46、 0.96 103 式中P N -液壓泵的額定壓力，Pa ； Qn-液壓泵的額定流量，m3/s; 即轉換系數(shù)； 恒功率變量液壓泵：取0.4。 查表23-1-23選取電動機型號為 Y280M1-2 6.11選擇、計算液壓輔助元件 (1)計算油箱容積 油箱有效容積V按泵每分鐘流量的3倍計算 V=3Qn =3X 33 =99L 作油箱底面 aX b=0. 7X 0. 4=0.28 m2 油面咼 h=0.099/0.28=0.35 m 作油箱高0.45 m。 (2) 計算油管直徑，選擇管子 系統(tǒng)上一般管道的通徑按所連接元件的通徑選取，取管內(nèi)許用流速為Vl=1m/s,管的 內(nèi)徑為 d=1.13 Qp 6

47、 V 104 1.13 33 6 1 104 二 0.026m 按標準選取管子為- 32 X 3 mm。材料：20號鋼，c = N / mm2 =451MPa ;安全系數(shù)n=6, 驗算管子壁厚為: Pd 16 106 0.026 2 451 106/2 二 0.027m 壁厚的選取值大于驗算值。 7控制部分設計 7.1主回路設計 根據(jù)電氣傳動的要求，有接觸器 KM1、KM 2、KM3分別控制主電機M1，液壓泵電 機M2，冷卻液電機M3。如圖7-1所示： 鋸床的三相電源由電源引入開關 Q引入。主電機M1的過載保護，由熱繼電器KRi實現(xiàn)， 液壓泵電機M2的過載保護，由熱繼電器KR2實現(xiàn)，冷卻液泵電

48、機M3的過載保護，由熱繼 電器KR3實現(xiàn)，電機共同設短路保護熔斷器 FU!。 7.2液壓回路控制設計 液壓回路的控制都是通過繼電器來控制各個電磁換向閥來實現(xiàn)的。 (1) 鋸架底座的升降 底座的升降由提升液壓缸來帶動。當電磁鐵 YA、YA都斷電時 候、電磁換向閥處于中位，液壓缸不動。當按下 SE4時中間繼電器K2得電動作并自鎖，起 動合觸點閉合使電磁鐵KA!通電，將電磁換向閥YV,推向右端，液壓缸上升。根據(jù)設計要求 要使得回轉機構上升 50mm，因此需要在液壓缸上升 50 mm時要求壓下行程開關ST，使 得液壓缸停止上升。當按下按鈕 SBs時，中間繼電器K3得電動作并自鎖，起動合觸點閉合 使電磁

49、鐵YA，通電，將電磁換向閥YV推向左端，液壓缸下降。當下行程開關 ST2，使得液 壓缸停止下降。 (2) 鋸架的回轉鋸架的回轉由擺動液壓缸來控制。當提升液壓缸上升50mm時，停止 運動，由擺動液壓缸來帶動鋸架回轉。當電磁鐵 YA、YA都斷電時候、電磁換向閥處于中 位，擺動液壓缸不動。當按下SB6時中間繼電器K4得電動作，起動合觸點閉合使電磁鐵YA 通電，將電磁換向閥KV2推向右端，擺動液壓缸正轉。當按下按鈕 SB7時，中間繼電器Ks 得電動作，動合觸點閉合使電磁鐵YA通電，將電磁換向閥YV?推向左端，擺動液壓缸反轉。 由于是點動來控制，當松開按鈕時回轉機構便停止回轉。 (3) 工件的夾緊與松開

50、工件的夾緊和松開主要靠夾緊液壓缸來實現(xiàn)的。當按下SE8時中 間繼電器K6得電動作，起動合觸點閉合使電磁鐵 YAs通電，將電磁換向閥YV3推向右端， 液壓缸夾緊。在液壓缸的進油路上設計有一壓力繼電器1DP當夾緊壓力達到其設定值時 就會發(fā)出電信號使得K6斷電，YAs斷電，液壓缸處于保壓狀態(tài)。當按下按鈕SE9時，中間 繼電器 心得電動作，動合觸點閉合使電磁鐵 YAj通電，將電磁換向閥YV3推向左端，液壓 缸松開。 (4) 切割工作過程 切割工作過程主要有工進、快進、快退。該過程靠進給液壓缸來 實現(xiàn)。進給液壓缸由電磁換向閥_YV,、YV5來控制。當按下 S民時中間繼電器 K8得電動作, 起動合觸點閉合

51、使電磁鐵YA7通電，將電磁換向閥YV4推向右端，液壓缸下降。使鋸架處于 工進狀態(tài)。工進時壓下行程開關 ST5時K8斷電，KA7斷電，鋸架停止進給。工進過程中當 按下按鈕SB。時，YA8得電將電磁換向閥YV5推向右端。由于YA7和YA同時得電，除了接通 工進油路外，還經(jīng)閥YV5將液壓缸的回油排入進油路，加大了油的流量，所以此時鋸架處 于快進狀態(tài)。當按下按鈕SBi時，中間繼電器K9得電動作，動合觸點閉合使電磁鐵 YAe通 電，將電磁換向閥YV4推向左端，液壓缸快退?？焱藶殡妱涌刂啤?具體的控制線路可以參考鋸床電氣控制圖。 結論 本項研究完成了對臥式金屬帶鋸床的回轉機構的設計，以及相關系統(tǒng)的優(yōu)化設計

52、。主 要結論如下： (1) 鋸床總體結構的重新設計，保證了鋸床能夠回轉切割。 (2) 對回轉機構方案的設計，保證其方案結構簡單，便于操作、調(diào)整及維護，并且 經(jīng)濟效益最佳。 (3) 對回轉機構中提升液壓缸的設計，保證其升降平穩(wěn)，密封性能好。 (4) 擺動液壓缸的合理選擇，使其回轉平穩(wěn)、精確，不泄露不影響切割精度。 (5) 對鋸床的液壓系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)重新設計，使其能夠滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。 致謝 本文在導師文西芹教授的細心指導下完成的。在一個學期的設計過程中，導師給予我 學業(yè)上的悉心指導。他淵博的學術知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度和忘我的工作精神給我留下了深 刻的印象，使我受益匪淺。在導師的指導下我在設

53、計中獨立思考問題的能力有了很大的提 高，在論文完成之際，謹向?qū)煴硎旧钌畹母兄x。 在此還要感謝連云港春江機械有限公司的全體員工，他們在我的此次設計中給了我很 大的幫助，特別是姚傳維老師的悉心講解和指導，使我能順利的完成設計。 感謝我的同學在設計過程中給了我很大的幫助， 他們提出了許多寶貴意見是我能克服 遇到的種種困難，同時感謝東港學院機電系的老師，感謝他們的指導和幫助，感謝他們所 付出的辛勤勞動。 參考文獻 1 葛常清，文西芹主編機械制圖第2版.中國建材工業(yè)出版社，1998. 2 成大先主編.機械設計圖冊.第4卷.化學工業(yè)出版社，2003. 3 齊占慶主編.機床電氣控制技術.第3版.機械工業(yè)出

54、版社，1999. 4 陳育儀主編.工程機械優(yōu)化設計.中國鐵道出版社，1987. 許福玲，陳堯明主編.液壓與氣壓傳動.第2版.機械工業(yè)出版社，2004. 6 濮良貴，紀名剛.機械設計.高等教育出版社，2001. 7 馮辛安主編.機械制造裝備設計.機械工業(yè)出版社，2005. 8 同濟大學等校編.底盤構造與設計.中國建筑工業(yè)出版社，1981. 9 吳宗澤主編.機械結構設計.機械工業(yè)出版社，1988. 10 楊培元，朱福元主編.液壓系統(tǒng)設計簡明手冊.機械工業(yè)出版社，1999. 11 楊幫文主編.現(xiàn)代新潮傳感器應用手冊.機械工業(yè)出版社，2006. 2002 12 黃靖遠主編.機械設計學.清華大學出版社，

55、1990.9. 13 現(xiàn)代機械傳動手冊編委會編著.現(xiàn)代機械傳動手冊.北京：機械工業(yè)出版社， 14 馬永輝主編.工程機械液壓系統(tǒng)設計計算.機械工業(yè)出版社，1985. 15 薛毅編著.最優(yōu)化原理與方法.北京工業(yè)大學出版社，2001. 16 李澄、吳天生、文百橋、主編.機械制圖.高等教育出版社，1997. 17 成大先主編.機械設計手冊（1 5）.機械工業(yè)出版社，1986. 18 盧長耿、李金良主編.液壓控制系統(tǒng)分析與設計.煤炭工業(yè)出版社，1994. 19 董信華主編.來復式擺動油缸.工程機械出版社，1998. 20 雷天覺主編.新編液壓工程手冊.北京理工大學出版社，1998. 附錄A 帶鋸切割工藝

56、 帶鋸切割具有精度高、工效高、噪聲低、成本低等優(yōu)點，因此被廣泛應用于各種機 械加工的落料工序。 工欲善其事，必先利其器。帶鋸切割工效的高低，一般與帶鋸床的精度、帶鋸條質(zhì) 量、被切割材料質(zhì)量、操作技術水平等因素有關。 （1）帶鋸床 根據(jù)以最大切割直徑來劃分不同規(guī)格的帶鋸床有臥式、立式、單立柱、 雙立柱、可傾式等各種型號的帶鋸床。帶鋸床一般有機械部分、液壓部分、電氣部分等組 成。由于帶鋸床使用頻率高、時間長，使帶鋸床精度下降，鋸切時產(chǎn)生斷帶、切斷面偏斜 等故障時有發(fā)生。因此必須按時保養(yǎng)、定期檢修，確保帶鋸床精度完好。 （2）帶鋸條M42雙金屬帶鋸條、鋸背采用高級彈簧鋼，鋸齒采用特種高速鋼（含 80%古）。其主要生產(chǎn)工序為：電子束焊、銑齒、分齒、熱處理、整形。帶鋸條的質(zhì)量取決 于所采用的鋼材、機械加工精度及熱處理工藝水平等因素。 （3）被切割材料帶鋸床的加工對象一般硬度在45HRC以下的各種碳素鋼、不銹鋼、 模具鋼、銅、鋅、鋁等的型材、管材、板材。被切割材料質(zhì)量的優(yōu)劣，主要看其技術參數(shù) 是否符合標準。如果被切割材料金相組織不均勻，內(nèi)部含有雜質(zhì)硬點，或不充分造成硬度 偏高，或表面